از جمله مفاهیمی که بسیار در مورد آن صحبت می شود اما نظر واحدی دربین افراد وجود ندارد، مفهوم کیفیت است.

برای مثال:
تولید کننده ای که می گوید ما محصولات با کیفیت تولید می کنیم از نظر هر شنونده ای یک نوع تفسیر و درک می شود. بعضی از این تفاسیر اینگونه می باشند:
• کیفیت یعنی رضایتمندی مشتری
• کیفیت یعنی دوام بیشتر یک محصول
• کیفیت یعنی بی نقص بودن یک محصول
• کیفیت یعنی مطابقت با خواسته های از پیش تعیین شده

همه این مفاهیم به نوعی مفهوم کیفیت را می رساند.

از نظر آقای ژوزف ژوران کیفیت یعنی یک محصول نیازهای مشتری را در راستای رضایتمندی وی برطرف سازد.
و اما منظور از ارتقای کیفیت ، مجموعه ای از راهکارها و تکنیک های مدیریتی و مهندسی در جهت افزایش رضایتمندی مشتریان بر مبنای عملکرد بهتر و دوام بیشتر محصول می باشد.

یکی از این تکنیک های مهندسی طراحی آزمایشات (Design of experiments) می باشد که با توجه به ماهیت محصول به شاخه های مختلفی تقسیم بندی می شود.در گذشته مهندسان در تیم های تخصصی مشغول به فعالیت بودند برای مثال یک تیم آئرودینامیکی و هر تیم از اعضاء کارشناسان خودش استفاده می کرد و توسعه یک محصول از یک تیم به تیم دیگر اتفاق می افتاد. برای مثال کارشناسان آئرودینامیک قالب بدنه را طراحی می کردند و متخصصان ساختمانی انتظار می رفت تا طرحشان را براساس شکل تعیین شده سازگار کنند. اهداف تیم ها بطور کلی مرتبط با عملکرد محصول از قبیل: حداکثر کردن سرعت یا کاهش وزن محصول بود.

بین سالهای ۱۹۹۷۰ تا ۱۹۹۰ دو پیشرفت اساسی رویکرد مهندسان طراحی هواپیما را به مشکلات طرحشان تغییر داد.اولین پیشرفت طراحی با کمک کامپیوتر بود که به مهندسان اجازه میداد تا با سرعت بیشتری طرح ها را بررسی و تحلیل کنند.
دومین پیشرفت سیاست تدارکات در بیشتر خطوط هوایی و سازمان های نظامی خصوصا ارتش ایالات متحده، که از یک رویکرد عملکرد مبنا به یک رویکرد هزینه مبنا بود.
از سال ۱۹۹۰ این تکنیک ها به سایر صنایع توسعه پیدا کرد و کامپیوترهای شخصی با سرعت پردازش خیلی بالاتری جایگزین سوپر کامپیوترها شدند و اینترنت و شبکه های محلی به اشتراک گذاری اطلاعات طرح را تسهیل کردند.

در طی جنگ شکلی از طراحی آزمایشات به نام ” طرح عاملی” یک سلاح بزرگ برای تسریع در توسعه صنعت برای نیروهای متفقین محسوب شد. این طرح ها شامل ۲ سطح برای هر عامل و فقط یک کسری از همه ترکیبات بودند.

جورج باکس

بعد از جنگ ، یک آماردان در صنایع شیمیایی ایمپریال Imperial Chemical Industries  به نام جورج باکس George Box  شرح داد چگونه سطوح پاسخ برای بهینه سازی فرآیند ایجاد می شود. بعد از آن طراحی آزمایشات در منابع فرآیندهای شیمیایی به کار برده شد که عامل هایی از قبیل زمان، دما، فشار، غلظت، نرخ جریان و مخلوط کردن به آسانی دستکاری می شدند. همین طور این علم در رشته هایی همچون کشاورزی و زیست شناسی نیز به سرعت به کار گرفته شد. بعدها به صورت رسمی آقای فیشر مفهوم طراحی آزماشات را گسترش داد. وی مسئولیت تجزیه و تحلیل داده ها را در یک مرکز آزمایشات کشاورزی در شهر لندن برعهده داشت. صنایع شیمیایی در ایالت متحده انگلستان و بسیاری از کشورهای پیشرفته هنوز هم بیشترین استفاده را از طراحی آزمایشات می کنند.

در سالهای اخیر توجه شایانی به این علم در بسیاری از حوزه های مهندسی و حتی علوم انسانی شده است و به عنوان یک ابزار رقابتی در دنیای صنعت شناخته شده است.

به عنوان حقیقتی انکار ناپذیر، صنعت به اهمیت روز افزون کیفیت پی برده است.امروزه کیفیت به عنوان یک استراتژی تجاری برای افزایش سهم بازار مطرح است و سازمان ها با به کارگیری آزمایش های طراحی شده به کیفیت جهانی دست می یابند. دانش کیفیت در انگلستان به عنوان طراحی آزمایشات و در ایالات متحده به عنوان کنترل کیفیت آماری گسترش یافته است.

طراحی آزمایشات

طراحی آزمایش ها DoE یکی از قوی ترین فنون بهبود کیفیت و افزایش بهره وری است. در این شیوه از طریق انجام برخی آزمایش ها ، آگاهانه تغییراتی در فرآیند یا سیستم اعمال می شود تا تأثیر آنها در ویژگی های عملکردی یا پاسخ فرآیند یا سیستم به آنها، مورد بررسی قرار گیرد.
طراحی آزمایش ها ، دستکاری سیستماتیک تعدادی از متغیرهاست که در آن تأثیر این دستکاری ها ارزیابی می گردند و از روی آنها نتیجه گیری شده و نتایج بدست آمده پیاده سازی می شوند.فرآیند یا سیستم تحت مطالعه را می توان به وسیله مدلی که در شکل زیر نشان داده شده معرفی کرد.

به این نمودار ، نمودار P  گفته می شود.

اهداف آزمون می تواند شامل موارد زیر باشد:

۱. تعیین متغیرهایی که بیشترین تأثیر را در پاسخ  دارند.

۲. تعیین موقعیت متغیر های موثر به طوری که تقریباً همیشه نزدیک مقداری اسمی مطلوب باشد.

۳. تعیین موقعیت متغیر های مؤثر به طوری که تغییرپذیری کوچک باشد.

۴. تعیین موقعیت متغیرهای مؤثر  به طوری که اثرهای متغیرهای کنترل ناپذیر  مینیمم شوند.

روشهای طرح آزمایش DoE در بسط فرآیند و تعیین علت آشفتگی (بی نظمی) فرآیند به منظور اصلاح عملکرد نقش عمده دارند. در بسیاری موارد ممکن است هدف بسط خود فرآیند باشد، یعنی فرآیندی که کمترین اثر از منابع خارجی تغییرپذیری ( ها ) را دارا باشد.

به عنوان مثال فرض می کنیم یک مهندس مواد به مطالعه اثر دو فرآیند مختلف سخت سازی یک آلیاژ آلومینیوم علاقه مند باشد: فرونشانی با روغن و فرونشانی با آب نمک.

در اینجا هدف آزمایشگر تعیین محلول فرونشانی است که برای این آلیاژ خاص، ماکسیمم سختی را ایجاد کند. مهندس تصمیم می گیرد که تعدادی نمونه های این آلیاژ را با هر محلول فرونشانی کرده و بعد از فرونشانی میزان سختی آنها را اندازه بگیرد. سختی متوسط نمونه ها در اثر هریک از محلولهای فرونشانی، برای تعیین بهترین محلول به کار خواهد رفت.

وقتی این آزمایش ساده را در نظر می گیریم، سؤالهای مهمی به ذهن خطور می کند:

۱. آیا این دو محلول تنها محلولهای فرونشانی هستند که بالقوه مورد نظرند؟

۲. آیا عوامل دیگری وجود دارند که ممکن است در میزان سختی مؤثر بوده و لازم باشد در این آزمایش بررسی یا کنترل شوند؟

۳. برای هر محلول فرونشانی امتحان چند نمونه از آلیاژ لازم است؟

۴. چگونه باید نمونه ها را به محلول های فرونشانی تخصیص داد و به چه ترتیب باید داده ها را جمع آوری کرد؟

۵. از کدام روش تحلیل داده ها باید استفاده کرد؟

قبل از انجام آزمایش باید جواب رضایتبخشی به تمامی این پرسش ها و احتمالاً بسیاری از پرسش های دیگر داد.

در هر آزمایش نتایجی که می توان استخراج کرد در سطح وسیع وابسته به روشی است که داده ها جمع آوری شده اند. برای روشن شدن موضوع فرض می کنیم که مهندس مواد در آزمایش بالا از نمونه هایی با یک حرارت در فرونشانی با روغن و از نمونه هایی با حرارت دیگر در فرونشانی با آب نمک استفاده کند. حال وقتی میانگین سختی آنها مقایسه می شود مهندس قادر به بیان این نیست که چقدر از اختلاف مشاهده شده، معلول محلول فرونشانی و چقدر معلول اختلاف ذاتی میان حرارت هاست. پس روش جمع آوری داده ها می تواند بر نتایجی که از آزمایش استخراج می شود اثر مخالف داشته باشد.

DoE یک روش مبتنی بر سعی و خطا است و با کمترین اطلاعات بیشترین نتایج را ارائه داده و پارامترهای بهینه تولید و طراحی را تعیین می کند.